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浅析
影响
基线
长度
变化
因素
赵越
第 46 卷 第 6 期2023 年 6 月测绘与空间地理信息GEOMATICS SPATIAL INFOMATION TECHNOLOGYVol 46,No 6Jun,2023收稿日期:20220328作者简介:赵越(1985),男,河北献县人,高级工程师,注册计量师,本科学历,主要从事大地测量相关工作。通信作者:张新利(1966),男,陕西西安人,高级工程师,硕士,2011 年毕业于武汉大学测绘工程专业,主要从事地理信息系统应用开发、测绘地理信息技术管理及测绘产品质量控制等方面的工作。浅析影响铟瓦基线尺长度变化的因素赵越1,张新利2,杨帅帅1,张小虎1(1 自然资源部第一大地测量队,陕西 西安 710054;2 自然资源部第二地形测量队,陕西 西安 710054)摘要:基线测量是精确测定长度基线的长度或水平控制网中的起始边长的测量技术和方法,目前采用 24 m 铟瓦基线尺进行长度丈量工作。由于基线丈量作业人员多、器具多和环境不同等因素,所以对铟瓦基线尺长度变化有多种影响。本文从铟瓦基线尺的外力作用和铟瓦基线尺的自身变化 2 个方面浅析对铟瓦基线尺长度变化的影响。关键词:铟瓦基线尺;外力作用;自身变化;尺长变化中图分类号:P204文献标识码:A文章编号:16725867(2023)06019803A Brief Analysis of Factors Affecting the Change ofInvar Base Scale LengthZHAO Yue1,ZHANG Xinli2,YANG Shuaishuai1,ZHANG Xiaohu1(1 The First Geodetic Survey Team of the Ministry of Natural esources,Xian 710054,China;2 The Second Topographic Surveying Brigade of MN,Xian 710054,China)Abstract:Baseline measurement is a measurement technology and method for accurately measuring the length of the length baseline orthe starting side length in the horizontal control network Currently,the 24m Invar baseline ruler is used for length measurement Dueto factors such as many baseline measurement operators,many instruments and different environments,there are various impacts onthe change of the length of the Invar baseline ruler This paper analyzes the influence on the change of the length of the Invar baselineruler from the two aspects of the external force of the Invar baseline ruler and the self change of the Invar baseline rulerKey words:Invar baseline ruler;external force;self change;ruler length change0引言基线测量是精确测定长度基线的长度或水平控制网中起始边长的测量技术和方法,目前基线测量应用于用来检定或校准全站仪、测距仪及 GNSS 接收机等大地测量仪器而建立的长度基线场的校准。采用 24 m 铟瓦基线尺进行长度丈量工作,该铟瓦基线尺膨胀系数稳定,一年之内的长度变化不会超过 0 05 mm。但是基线丈量本身需要的辅助器具多,实际作业中需要操作人员多,以及读数时需要挂重锤进行引张等,形成了铟瓦基线尺长度变化的多种因素。铟瓦基线尺长度的变化可以分为 2 种类型:一种是铟瓦基线尺的外力作用,如温度变化、碰撞、挂住障碍物、收放尺操作不当、引张钢丝突然折断、交接尺不慎脱手等;另一种是铟瓦基线尺的自身变化,如通过每年检定确定的铟瓦基线尺长度变化等。本文从这 2 个方面浅析铟瓦基线尺长度的变化。1铟瓦基线尺的使用情况24 m 铟瓦基线尺属于国家线纹检定系统中的二等标准。它作为野外检定基线的标准长度,用于国家大地控制网中的基线测量、地震形变测量,精密工程测量等。在实际野外作业中,使用 6 根铟瓦基线尺测量测距基线。在一般情况下,1 条基线应分为距离大致相等的 3 节进行测量。每 1 节用 4 根铟瓦基线尺测量(其中 2 根用于往测,另 2 根用于返测)。用于各节测量的铟瓦基线尺配置见表 1。表 1用于各节测量的铟瓦基线尺配置Tab 1Invar baseline ruler configuration for eachsection measurement节别尺号往测返测第一节1,23,4第二节5,6(3,4)1,2(5,6)第三节3,4(5,6)5,6(1,2)2铟瓦基线尺长变化的外力作用1)温度改正数。铟瓦基线尺的线膨胀系数是指尺子两端各以特定拉力(98 N)水平引张于滑轮上且呈悬链状情况下测得的线膨胀系数。铟瓦基线尺的检定长度是指在 20 时,尺子两端各以特定拉力(98 N)水平引张于滑轮上且呈悬链状情况下,铟瓦基线尺两端同名分划线之间的距离。然而实际使用时,随着野外实际温度的变化要进行尺长的温度改正。温度改正数按式(1)计算1;t=(t20)+(t2 202)(1)式中,t 为温度改正数;、为铟瓦基线尺温度线膨胀系数;t 为温度,单位为摄氏度()。由于检定铟瓦基线尺线膨胀系数的温度范围为5+35,所以铟瓦基线尺野外使用时的实际温度,一般应选定在检定线膨胀系数的温度范围内进行。2)引张力引起的尺长变化铟瓦基线尺在实际使用时两端要通过滑轮悬挂重锤,使其引张开来。重锤应与在实验室检定时的标准重锤重量保持一致(10 kg)。当实际使用时的重锤重量及滑轮的静摩擦力发生变化,铟瓦基线尺的长度是随着引张力的变化而变化的,根据线状尺的悬链线理论公式(2)可以推导阐明2。l0=S0+S0Ppp2S2024P(2)对式(2)以 P 为变量微分得:dl0 p=S0p+p2S3012P3()dP(3)式中,l0为铟瓦基线尺水平引张力下的弦长;S0为尺子平铺不加张力时的长度;为尺子的弹性伸长系数;P为标准引张力;p 为尺子 1 m 长的重量;dl0 p为尺子因引张力 P 的变化所引起的弦长变化;dP 为标准引张力变化值。由以上得知,铟瓦基线尺的长度是根据引张力的变化而变化的。笔者所在单位长期承担全国长度量值溯源工作,具有国家市场监督管理总局专项计量授权资质,具有一整套完整的基线丈量设备。对于 24 m 铟瓦基线尺来说,S0=24 m;P=10 kg;=0 000 5 mm/m;p=0 020 8 kg。当 dP=1 g=0 001 kg 时,代入前述公式计算得:dl0p=0 000 5240 020 8+0 020 8210324312103()0 001=1 1 m,即引张力每变化 1 g,铟瓦基线尺的弦长变化 1 1 m。根据 24 m 铟瓦基线尺(JJG3062004)检定规程中的要求,铟瓦基线尺检定时的引张力中,滑轮静摩擦力要求小于 29 4 mN3。这就要求作业人员在野外实际使用的过程中要注意对滑轮的维护和保养,尽可能地减少静摩擦力对引张力的影响。3)除上述的引张力变化所带来的铟瓦基线尺长度变化的因素外,在实际使用中,如碰撞、挂住障碍物、收放尺操作不当等,或者是引张钢丝突然折断、交接尺不慎脱手等造成铟瓦基线尺落地,也能造成铟瓦基线尺尺身变形,从而影响铟瓦基线尺长度的变化4。当发生上述情况时,应当及时在野外进行比尺,以保证基线尺尺长变化符合规范要求,方能确保长度量值传递的可靠性和准确性。3铟瓦基线尺的自身变化经过对 6 根铟瓦基线尺从 20152021 年的尺长检定资料初步分析,得出 24 m 铟瓦基线尺长的逐年变化值约为 0 02 mm,见表 2。表 220152021 铟瓦基线尺长逐年变化值(单位:mm)Tab 220152021 changes in the foot length of the Invar baseline ruler(unit:mm)尺号2015 年度2016 年度2017 年度2018 年度2019 年度2020 年度2021 年度10 0250 0260 0230 0270 0060 0140 00120 0290 0480 020 0440 0140 0530 0430 0220 0150 0250 0060 0010 0020 00140 0720 0260 020 0330 0380 0580 00150 0240 0140 0140 0350 0150 0260 00860 0470 0170 0040 0340 0190 030 014注:数值为相邻 2 年检定尺长的差值。以各号尺单独统计,铟瓦基线尺的检定长度见表 3。根据上述表格所示,部分号尺长度年变化量稳定且保持微小的变化,部分号尺长度年变化量过大且不稳定情况。991第 6 期赵越等:浅析影响铟瓦基线尺长度变化的因素表 320152021 铟瓦基线尺长(单位:mm)Tab 320152021 Invar baseline ruler length(unit:mm)尺号2015 年度2016 年度2017 年度2018 年度2019 年度2020 年度2021 年度10 3940 3690 3950 3720 3450 3510 36522 8952 8662 9142 9342 9782 9923 04530 0920 1140 1290 1040 110 1090 11141 9221 9942 022 002 0332 0712 12950 1910 2150 2010 1870 2220 2070 23360 7820 8290 8120 8080 8420 8230 853注:数值为当年该号尺检定尺长减 24 m 后的部分。4铟瓦基线尺长度变化情况分析根据上文所述,实际作业中应严格记录环境温度,温度范围为5+35,精度小于 0 2,有效地避免温度改正对铟瓦基线尺长的影响。在滑轮的静摩擦力尽可能小的情况下,引张力变化对基线尺长度的变化影响,可以认为是重锤的重量变化造成的。在比长基线长赋值测量中,读数精度达到 104m,计算精度达到 105m,所以当重锤重量变化 10 g,对尺长的影响 11 m(1 1105m)已经对测量精度产生影响,要引起重视,做好重锤的检定工作和规范作业流程,以减少或消除此项带来的误差。5结束语滑轮应加强保管,经常擦拭加油,每天工作前都要进行检查,在往返测换尺的间歇及停止工作时,滑轮不得直接放置在地面及任何可能接触砂砾等物质的地方。重锤应防止生锈及污损,在每次挂尺前都应擦拭重锤,使其表面保持干净,避免人为因素增加或减少重锤重量,使其影响引张力的变化,造成基线尺长度的变化。根据上文所述,当铟瓦基线尺应用于比长基线校准工作时,应每年对所使用的重锤的标准重量进行检定,使其保持在检定规程所要求的标准重量 10 kg2 g 的范围内。要加强对铟瓦基线尺的日常保养,针对部分号尺长度年变化量过大的不稳定情况,建议在每年中期进行铟瓦基线尺的野外比较工作。参考文献:1国家测绘地理信息局测绘标准化研究所,国家测绘地理信息局第一大地测量队 比长基线测量规范:GB/T167892019 S 北京:中国标准出版社,2019 2 苏 克拉索夫斯基,达尼洛夫 大地测量